复合益生菌发酵固体饲料条件研究

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                            复合益生菌发酵固体饲料条件研究

                           张翠绵,贾楠,胡栋,王占武


                    河北省农林科学院遗传生理研究所,河北省植物转基因中心

      利用有益微生物发酵饲料,不仅能改善饲料的适口性,提高饲料消化吸收率,促进畜禽的健康生长,而且能预防肠道疾病的发生,减少抗生素的使用,为人们提供健康安全的动物产品。将含有较多纤维素的农作物秸秆转化为高效能的生物饲料,代替部分粮食饲料,可降低养殖成本,缩短饲养周期,减少环境污染,具有广阔的应用前景。目前,应用较多的发酵微生物主要有乳酸菌和酵母菌,两类菌具有一定的协同作用,发酵过程可代谢产生多种消化酶及生理活性物质,适口性好,饲喂效果显著。但由于菌种发酵特性的差别,发酵条件对不同菌种的生长繁殖和发酵饲料的品质会产生较大影响,而采用从猪肠道分离获得的生理性益生菌-嗜酸乳杆菌为发酵微生物,再配合其他微生物的研究还鲜有报道。为提高发酵效果,本研究选用面包酵母菌、植物乳杆菌与嗜酸乳杆菌配合组成复合发酵菌系,着重研究了菌种配比,以及发酵温度、接种量、物料水分和pH值等对以玉米秸秆粉为主固体饲料的发酵效果,最后进行了育肥猪饲喂试验。研究结果旨在为发酵饲料的规模生产提供技术支持。

      1 材料和方法

      1.1 发酵菌种

      面包酵母、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌(菌种均由河北省植物转基因中心保存提供。

      1.2 培养基

      1.2.1 发酵培养基

      麦芽汁培养基:麦芽汁70mL,用于培养酵母菌菌种。

      改良MRS液体培养基:牛肉膏10g、蛋白胨10g、酵母膏5g、柠檬酸铵2g、葡萄糖20g、吐温-801mL、K2HPO42g、MgSO4·7H2O0.2g、MnSO4·4H2O0.2g、水1000mL,用于乳酸菌培养。以上培养基均在121℃下灭菌15min。

      1.2.2 固体饲料发酵基质

      采用的原料和比例为:玉米秸秆粉50%、红薯秧粉35%、麸皮10%、玉米面5%。

      1.2.3 菌体生长参数的测定

      根据酵母菌和乳酸菌的生长特点,进行菌种比例、接种量、发酵温度、物料初始pH值、发酵周期等对固体饲料发酵效果的影响。检测指标为物料pH值,活菌数量等。发酵结束后采用平板稀释计数法,分别用YPD和MRS固体培养基检测酵母菌和乳酸菌数量。

      1.2.4 数据处理

      试验数据用Excel2003和SPSS11.0统计软件进行单因素方差分析和相关性分析,结果以平均值±标准差表示。

      1.3 方法

      1.3.1 菌种的制备

      接种活化的斜面菌种于种子培养基上,酵母菌于30℃好氧培养48h,嗜酸乳杆菌于37℃厌氧培养24h,植物乳杆菌于37℃摇瓶培养24h,制备发酵种液。

      1.3.2 环境温度对发酵效果的影响

      发酵前调物料的pH值为7.0左右,使面包酵母∶嗜酸乳杆菌∶植物乳杆菌=1∶1∶1,混匀后,按3%接种量接入物料中,物料含水量为50%,搅拌均匀后装入不透气的塑料袋中,压实,封口,分别置于20、25、30、35℃的环境中培养3d;每处理3次重复。检测指标为3种微生物的活菌数量和物料pH值,下同。

      1.3.3 菌种比例对发酵效果的影响

      分别按面包酵母∶嗜酸乳杆菌∶植物乳杆菌为1∶1∶1,1∶0.5∶0.5,1∶0.35∶0.35,1∶0.25∶0.25的菌量比例,制作发酵菌剂,进行发酵试验。接种量3%,物料含水量50%,pH值7.0。物料搅拌均匀后装入不透气的塑料袋中,压实,封口,置于1.3.2确定的最佳环境温度下培养3d;每处理3次重复。

      1.3.4 接种量对发酵效果的影响

      根据以上确定的菌种比例制作发酵菌剂,分别进行1%、2%、3%、4%、5%接种量对发酵效果的影响。其他发酵条件同1.3.3。

      1.3.5 初始pH值对发酵效果的影响

      分别调物料的初始pH值5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、,8.0,其他发酵条件按1.3.3进行。

      1.3.6 发酵周期对发酵效果的影响

      在上述试验确定的最佳发酵条件下,分别进行24、36、48、60、72、84、96、108h的发酵周期试验,比较发酵效果。

      1.3.7 物料初始含水量对发酵效果的影响

      分别对物料初始含水量40%、50%、60%、70%进行比较试验,发酵培养3d。

      1.3.8 饲喂试验

      在河北进考养猪场,选择长白育肥猪进行饲喂试验。发酵饲料替代15%日粮,饲喂时间30d。观察记录饲料的适口性、试验猪的精神状态、毛色和增重情况。

      2 结果与分析

      2.1 菌种的制备

      分别培养制得面包酵母、嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌菌液,菌体浓度分别为8.5×108cfu/mL、1.3×109cfu/mL、9.0×109cfu/mL。

       2.2 环境温度对发酵效果的影响

      适宜的环境温度可以加快物料的启动,缩短发酵时间。由表1可见,随着环境温度的升高,目的菌的活菌数逐渐增多,pH值下降,当环境温度高于30℃时,目的总菌数略有减少(P<0.01),因此确定最适温度为30℃。

      2.3 菌种比例对发酵效果的影响

      由表2可见,3种菌的接种比例对最终的活菌数量有一定影响,当酵母菌和嗜酸乳杆菌与植物乳杆菌的接菌比例(体积比)为1∶0.35∶0.35时,最终发酵料中3种菌的总量都最高(P<0.01),因此确定3种菌的最佳接种比例为1∶0.35∶0.35。

      2.4 接种量对发酵效果的影响

      由表3可见,随着接种量的增加,各目的菌活菌数量逐渐增加,当接种量为4%时,都达到最高值,3%、4%处理间总菌数及pH值的差别不显著(P>0.05),从节约成本考虑,确定3种菌的混合接种量以3%为宜。

      2.5 初始pH值对发酵效果的影响

      由表4可见,当发酵料初始pH值5~7时,3种菌的活菌数随着pH 值的增大而增多。而当pH值8时,菌体生长受到影响,总菌数差异显著(P<0.01)而pH值升高,因此,确定最佳起始pH值7.0。

      2.6 发酵周期对发酵效果的影响

      由表5可见,酵母菌和乳酸菌分别在36h、72h达到最大值,可能由于在开始阶段固体物料中含有大量的氧气,酵母菌大量繁殖,抑制了乳酸杆菌的生长,当物料中氧气被消耗掉造成了厌氧环境,适于乳酸杆菌的增殖,至72h时各目的菌活菌总数达到最大值,72h、84h间无显著性差异(P<0.01)。随着培养时间的延长,总菌数量则有减少的趋势,并且从减少能耗考虑,发酵时间以72h为宜。

      2.7 物料初始含水量对发酵效果的影响

      由表6可见,当物料水分含量超过50%时,活菌数量降低,50%、60%间呈显著性差异(P<0.01);而pH值升高,处理间差异不显著(P>0.05),可能原因发酵开始时,由于水分过多,透气性差,抑制了酵母菌的繁殖,发酵后期,乳酸菌大量繁殖消耗物料营养。确定发酵物料初始含水量以50%为宜。

      2.8 固体饲料发酵效果

      以玉米秸秆粉50%、红薯秧粉35%、麸皮10%和玉米面5%的比例制备发酵基质,从市场上选择一种类似发酵菌剂(处理2)和本试验菌剂(处理1)进行了发酵比较试验。处理3为不接种的空白对照。由表7~表9可见,在30℃环境条件下,处理1物料的pH值从开始的7.0迅速下降到4.3以下,之后pH值下降缓慢,最后稳定在pH值4.0以下,与处理2和处理3比较差异显著(P<0.05),此时产品的酸香味浓郁,色泽金黄,纤维软化。处理2及处理3的pH值下降缓慢,发酵周期长,个别有霉变现象。

      2.9 固体发酵饲料饲喂试验

      选择生长一致,体重约30kg左右的长白猪,随机分组,每组5头,每组2次重复。试验组日粮中添加本研究获得的固体发酵饲料,添加量占日粮总质量的15%;对照组不添加固体发酵饲料,饲喂方法与管理条件相同。每天记录饲料消耗量和猪的生长情况,饲喂周期30d时空腹称重。


      试验表明,试验组与对照组的料肉比差异不显著(P>0.05),说明用固体发酵饲料代替一定比例的饲料粮是可行的,与全价粮食料喂效果相当,可达到同样的饲养效果,经计算,添加发酵饲料,每增重1kg可降低饲料成本0.80元。此外,试验猪毛色更加光亮,粪便细腻,精神状态好。

      3 结论与讨论

      经试验,确定了以面包酵母、嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌固体饲料的最佳发酵条件:3种菌种的混合比例为1∶0.35∶0.35,物料的初始pH值7.0、含水量为50%、接种量3%、发酵温度30℃,发酵周期72h。在最佳条件下,各菌种都能正常繁殖,总菌量可达到2.17×109cfu/g。采用该工艺生产的菌种接种固体饲料,发酵结束后酵母菌及产酸菌大量增加,与市售菌剂发酵的饲料相比,pH值下降较快,物料色泽光亮,酸香味更浓郁,没有霉变现象。

      试验表明,本研究选择的3种菌具有一定的协同作用,彼此间无拮抗,且功能互补,是获得良好发酵效果的重要保障。酵母菌为兼性厌氧菌,在发酵初始阶段优先生长繁殖,随着物料中氧气的消耗,为乳酸菌的生长繁殖奠定了基础,随着乳酸菌的增殖,物料pH值下降,并产生乳酸菌素等抑真菌物质,从而抑制了霉菌等杂菌的生长,随着发酵时间的延长,逐渐积累产生醇、醛等芳香物质以及各种活性酶等,显著提高饲料的适口性,促进饲料的消化吸收,这也是发酵饲料能代替部分饲料粮的主要原因之一。另外,动物摄入大量乳酸菌、乳酸等有益物质,可抑制肠道腐败菌的生长繁殖,从而减少氨、胺类物质的产生,间接提高饲料中粗蛋白的利用水平。总之,利用动物益生菌发酵高纤维质饲料,在代替部分饲料粮、降低饲喂成本的基础上,还可减少病害的发生和抗生素的使用,提高畜产品质量,具有广阔应用前景。

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